大型变压器备用相快速切换系统的应用

国网宁夏电力有限公司检修公司 王宏丽

一、概述

随着国民经济的发展，用电量随之增大，加之我国能源分布与经济中心分布严重不对称，只能依靠不断提高变压器电压等级和容量来解决上述突出问题。随着变压器电压等级、容量的不断提升，为提高大型变压器的输电容量和设备运输便利性，一般采用单相变压器，并就近配置备用相，以便在大型变压器某相发生故障需进行停电检修或返厂检修时，使用备用相替换故障相变压器运行，可大大减少变压器停运时间，提高供电可靠性、减少用户停电或减负荷的时间。

二、现场存在问题

按照固定接线方式，由于三相变压器不能非全相运行，一旦在运变压器的某一相发生故障后，三台主变均停运，只能采用人工加机械的方式先将故障变压器移出原位、再将变压器备用相移出后推入故障相的位置，再进行一次引线安装、二次设备接入及辅助冷却器控制回路和电源回路的重新接线等工作，导致主变压器停运至少15天，大大降低了电力系统的安全稳定性、增加了用户停电或减负荷的时间。为解决以上问题，运维人员提出变压器备用相与故障相之间的快速切换方法，可大大缩短变压器停电时间，减少对电力系统和用户的影响，提升供电可靠性及经济性。

三、采取的措施

1.方法提出

本课题采用了一种变压器备用相快速切换系统，在原有变压器备用相的基础上，增加一定的基础设备，并将二次回路、动力回路及在线监测设备直接接入原二次装置中以形成变压器备用相快速切换系统，实现了单相变压器故障时缩短变压器停电时间的目的。

变压器备用相快速切换系统，是基于变压器备用相增加支柱绝缘子、构架，并将二次信号、在线监测装置接入现有保护及监测装置中实现的，其一次和二次部分原理分别如图1、图2所示。总体设计包括：

（1）采用支柱绝缘子和设备构架，将变压器备用相各不同电压侧套管引接至在运变压器所连接断路器间隔附近，并与周围带电设备保持足够的安全距离；如在运变压器某相发生故障后，将其从断路器间隔引线打掉后，可将备用相引线直接接入。

（2）将变压器备用相的非电量保护直接引入变压器非电量保护屏的空端子处，如在运变压器某相发生故障时，可将快速进行二次设备改接线工作；

（3）变压器备用相信号直接接入测控装置，无论其是否投入运行，可时时检测其运行状态；

（4）变压器备用相冷却器动力回路直接接入，对其冷却器进行定期试验，已保证其随时可用；

（5）变压器备用相有色谱在线检测直接接入油色谱在线监测装置，可时时对其油质进行检测。

图1 变压器备用相快速切换系统一次接线图

图2 变压器备用相快速切换系统二次接线图

2.关键技术点和难点

（1）750kV侧改造方案

1）改造难点

主变压器前期建设并未预留出足够的扩建空间，导致需要新增加的750kV贯通母线无法保证安全距离。设计初期曾考虑使用GIS设备，因成本过高放弃此方案。后经项目组人员现场实地调研，提出将1号、2号主变750kV侧进线6只PT南移至750kVⅠ、Ⅱ母线构架正下方的方式，成功的解决的750kV贯通母线安全距离的问题。

图3 切换前示意图

图4 #1主变A相故障备用相接引示意图

2）具体改造过程

将1号、2号主变750kV侧进线6只PT南移至750kVⅠ、Ⅱ母线构架正下方，利用构架北侧空余场地架设备用相750kV支撑管母，长度180m，管母安装高度13.5m，用于1号，2号主变故障相与备用相主变替换连接。在备用相主变上方新建Π型构架，在750kVⅡ母构架外侧增加备用相主变750kV引线绝缘子串挂点，安装高度27m，备用相750kV侧与本期新上备用相母线通过T接方式连接。

（2）330kV侧改造方案

1）改造难点

本项目330kV侧改造难点为330kV交流场与主变距离过远，如按照750kV侧进行设计，需要在66kV汇流母线北侧空地新上两组构架和两组单杆，高度15米，在主变及66kV继电器室北侧架设一根单杆，高度25米，利用单相架空软导线引接1号、2号主变及备用相330kV侧。此方案导线跨距75米，导线弧垂按3.5米计算，构架间水平拉力达到4277N，对土建造成困难，并且增加了前期构架水平张力，对安全运行造成隐患。因此，项目组经过广泛的调研并听取意见后，创新性的提出了采用使用双跨软导线连接的方式，解决了这一难题。

2）具体改造过程

利用66kV汇流母线北侧与无功补偿设备间的空余场地架设330kV支撑母管，长度140m，母线安装高度为11m，同时在备用相Π型构架18m高横梁上架设两跨软导线，其中一跨用于引接330kV支撑管母，另一端由于引接备用相主变330kV侧，两跨导线通过架空导线“工”子型连接。

（3）66kV侧改造方案

1）改造难点

66kV侧的改造难点为此区域设备密集度大，如果还按照前期设计，使用4相母线，将造成母线间安全距离不够的情况，针对这一情况，项目组人员提出使用三根母线，待需要更换时，只需要将切换母线按相别接入相应66kV汇流母线即可，保证了空间距离并节约了资金。

2）具体改造过程

备用相主变66kV侧汇流母线采用支持管母，安装高度8m，新上3根管母，单相长度约65m，相间距2m，分别用于引接主变故障相66kV侧及N相。

3.实现原理

（1）切换前示意图

以银川东换流站备用相快速切换1号主变A相运行为例，示意一次引线更换过程。如图3所示，图中红色线条为大型电力变压器备用相快速切换设备，包括快速切换750kV母线，快速切换330kV母线，快速切换66kV母线，备用相三侧引线接至三侧快速切换母线上。

（2）将备用相三侧分别引入运行间隔，备用相替换故障相运行

如图4所示，从快速切换750kV母线，快速切换330kV母线，快速切换66kV母线分别加装引线至相应电压等级运行间隔，即可实现备用相快速替换故障相运行。

四、创新点

（1）创造性的提出了不用挪动变压器完成备用相更换的方式，彻底解决了传统方式替换备用相带来的施工时间长、施工难度大、变压器需要长时间停运、电网负荷降低、电网稳定性变差等种种弊。

（2）巧妙的在在运变压器和备用相变压器各侧设计支柱绝缘子与构架，将变压器备用相引线引至在运变压器各侧接入的断路器间隔备用，一旦需要更换备用相只需要将相应电压等级的引线替换掉故障相引线，即可实现一次设备的切换，无需移动变压器，节约大量人力物力，极大的缩短检修工期。

（3）一、二次设备同时切换，将备用相的CT回路及保护信号提前接入相应保护屏柜，需要时，短时间内可接入保护装置内，实现二次设备的快速切换；风冷动力回路提前接入站用电系统，需要时只需合上相应开关，即可实现动力回路的快速切换。

五、推广应用效果

变压器备用相快速切换系统已在银川东换流站现场实施，并于2014年成功进行1号主变A相的快速切换，较传统备用相替换方式只花费了3天时间、近千万的切换费用，减少外送电量损失1.69亿千瓦时，极大地避免了银东直流长时间限负荷运行，获得了良好的经济效益，可推广至1000kV特高压工程及其他大型变压器现场应用。